خاک، این بستر حیاتی زیر پای ما، نه تنها میزبان تنوع شگفت‌انگیزی از اشکال زندگی است، بلکه گمان می‌رود که از نظر تعداد موجودات زنده، از هر زیستگاه دیگری روی کره زمین پیشی بگیرد. در این میان، اعماق خاک همچنان به عنوان یک قلمرو اسرارآمیز باقی مانده است. اخیرا، دانشمندان، موفق به شناسایی یک شاخه کاملا جدید از باکتری‌ها شده‌اند که به وفور زندگی در اعماق تاریک خاک را در منطقه‌ای که می‌توان از آن به عنوان جنگل تاریک شروع کرده‌اند.
این شاخه نامزد، که با عنوان CSP1-3 شناخته می‌شود، برای نخستین بار در سال ۲۰۰۶ در سیستم‌های زمین‌گرمایی یلوستون شناسایی شد. در سال‌های پس از آن، گونه‌های خویشاوند آن در محیط‌های مختلف از جمله خاک‌های عمیق و کم‌تغذیه (الیگوتروفیک) مانند خاک‌های زیر جنگل‌های بارانی استوایی و همچنین در خاک‌های زیرسطحی که فرآیند اکسیداسیون آهن در آن‌ها رخ می‌دهد، یافت شده‌اند.
تحقیقات محققان درباره زندگی در اعماق تاریک خاک
یک تیم بین‌المللی از محققان با بهره‌گیری از داده‌های متاژنوم با کیفیت بالا، سرانجام موفق به گردآوری یک کاتالوگ ژنومی جامع از این گروه باکتریایی شده‌اند. یافته‌های این پژوهش، بینش‌های عمیقی را در مورد مکانیسم‌های بقای این باکتری‌ها در اعماق زمین و نحوه استفاده آن‌ها از منابع کربن و نیتروژنی که از سطوح بالاتر به آن‌ها می‌رسد، ارائه می‌دهد.
این تیم تحقیقاتی بر این باور است که این میکروب‌های مرموز نقش بسزایی در چرخه‌های انرژی و عناصر غذایی در اعماق خاک ایفا می‌کنند، محیطی که کمتر از ۱۰ درصد از تاریخچه سیاره ما مورد مطالعه قرار گرفته است.
جیمز تیج، میکروبیولوژیست دانشگاه ایالتی میشیگان (MSU) و یکی از اعضای تیم تحقیق، در این باره توضیح می‌دهد:
«اکثر مردم تصور می‌کنند که این میکروارگانیسم‌ها دقیقا مانند هاگ یا در حالت خوابیده هستند.»
اما یکی از یافته‌های کلیدی ما که از طریق بررسی دقیق DNA آن‌ها به دست آمده است، نشان می‌دهد که این میکروب‌ها فعال بوده و سرعت رشد بسیار پایینی دارند.
نمونه‌های خاک عمیقی که توسط تیج و همکارانش مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، از مناطق مختلف ایالات متحده و چین و از اعماق گوناگون تا ۲۲ متری جمع‌آوری شده بود. نتایج بررسی‌ها نشان داد که شاخه CSP1-3 به طور قابل توجهی بر این اکوسیستم‌های پنهان تسلط دارد و در برخی از اعماق (به عنوان مثال، ۱۷ و ۲۲ متری)، تا ۶۰ درصد از کل جوامع میکروبی را تشکیل می‌دهد. به گفته تیج، این سطح از سلطه در جوامع میکروبی موجود در سطح زمین هرگز مشاهده نشده است.
او در ادامه می‌گوید:
«من معتقدم که این پدیده به این دلیل رخ می‌دهد که خاک عمیق یک محیط کاملا متفاوت است و این گروه از موجودات در طول یک دوره زمانی طولانی تکامل یافته‌اند تا خود را با این محیط فقیر از نظر مواد مغذی سازگار کنند.»
خاک‌های عمیق به طور کلی دارای محدودیت‌های قابل توجهی در دسترسی به انرژی و مواد مغذی هستند. در حالی که این اکوسیستم از نظر علمی تا حد زیادی نادیده گرفته شده است، مطالعات اخیر نشان می‌دهند که میکروب‌های خاک ساکن در این اعماق، تنوع بسیار بیشتری را نسبت به آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، به نمایش می‌گذارند.
جمعیت‌های میکروبی که در خاک‌های سطحی زمین (تا عمق حدود ۳۰ سانتی‌متر) زندگی می‌کنند، به مراتب متراکم‌تر از جمعیت‌هایی هستند که در اعماق صدها متری یافت می‌شوند. با این حال، تعداد کل جمعیت آن‌ها در واقع تقریبا مشابه است؛ میکروب‌های خاک عمیق صرفا در حجم وسیع‌تری پراکنده شده‌اند.
اگرچه به نظر می‌رسد که اعضای این شاخه برای بهینه‌سازی استفاده از زیستگاه‌های خاص خود تکامل یافته‌اند، نویسندگان مطالعه حاضر تاکید می‌کنند که تمامی اعضای این گروه، قابلیت اکسیداسیون هوازی مونوکسید کربن (CO) را دارا هستند. این مکانیسم می‌تواند بقای باکتری‌ها را در شرایط محدودیت مواد مغذی به طور چشمگیری افزایش دهد. علاوه بر این، این شاخه نشانه‌هایی از متابولیسم هیدروژن را نیز از خود بروز می‌دهد.
نویسندگان خاطرنشان می‌کنند که مونوکسید کربن و هیدروژن هر دو منابع انرژی فراوان در محیط‌های مختلف هستند و بنابراین، توانایی متابولیزه کردن این گازها برای تولید انرژی، احتمالا یک مزیت انتخابی بزرگ در خاک‌هایی که به شدت از سایر مواد مغذی شسته شده‌اند، ایجاد می‌کند.
در فهرست ژنومی تهیه شده، تیج و همکارانش به سرپرستی میکروبیولوژیست ونلو فنگ از دانشگاه A&F شمال غربی چین، یک دودمان خاص را شناسایی کردند که به نظر می‌رسد پیش از سازگاری برای استعمار خاک، در یک زیستگاه آبی زندگی می‌کرده است.
هنگام انجام این جهش تکاملی، این میکروب‌ها توانسته‌اند طیف وسیعی از ژن‌های دخیل در متابولیسم کربوهیدرات و انرژی را به دست آورند. این امر احتمالا به آن‌ها کمک کرده است تا با نوسانات مکرر در دسترس بودن مواد مغذی مقابله کنند.
نویسندگان در مقاله خود می‌نویسند:
«در حالی که این مطالعات، بینش‌های اولیه‌ای را در مورد پتانسیل متابولیک شاخه CSP1-3 ارائه داده است، تلاش‌های سیستماتیک برای تفسیر فیلوژنی، اهمیت اکولوژیکی، سازگاری‌های محیطی و مسیر تکاملی این گروه همچنان ناشناخته باقی مانده است.»
بر اساس برخی تخمین‌ها، حدود ۹۹.۹۹۹ درصد از میکروب‌های زمین برای علم ناشناخته هستند و از تریلیون‌ها گونه‌ای که تصور می‌شود وجود دارند، بیش از ۹۰ درصد احتمالا در زیر سطح زمین زندگی می‌کنند. شاخه CSP1-3 تنها یکی از بسیاری از اسرار پنهان در این دنیای زیرزمینی است.
تیج در پایان می‌گوید:
«CSP1-3 مانند رفتگران عمل می‌کنند که مواد آلی عبوری از لایه سطحی خاک را مصرف می‌کنند. آن‌ها وظیفه مهمی بر عهده دارند.»
در حال حاضر، تیج، فنگ و همکارانشان قصد دارند تا میکروب‌های CSP1-3 را در محیط آزمایشگاه کشت دهند تا از نزدیک شاهد نحوه عملکرد واقعی آن‌ها باشند و بدین ترتیب، پرده‌های بیشتری از اسرار زندگی در اعماق تاریک خاک را کنار بزنند.
__ تکنو دات مرجع اخبار تکنولوژی __
